以新理念改变高校教学方式 以新科技提升工程教学质量

-- NI高校教师交流会观感

首先有必要说明的是，本文标题中的“教学”一词实际上并不妥当。现代教育应当以学生的自主学习为中心，“学”应该在前；而不应以老师的教授为中心，“教”应当置后。这个理念也是本文的宗旨。不过因为我们已经习惯了“教学”一词，标题还是这样写吧，免得让人看了不知所云。

我们一直引以自豪的是，中华民族拥有重视教育的优良传统。如今这个传统正在发挥威力。有一组数据令西方国家感到震撼，那就是每年中国大学毕业生的人数。据中国教育部的数据，2011年有670万大学生毕业，创历史新高。而美国的情况是，据美国教育部数据，2008年高中毕业生有330万，其中70%进入高校，进入高校后只有其中的约50%能够毕业（美国实行宽进严出政策），到2012年将有115万美国人大学毕业（不包括海外学生）。总体情况是，近年中国大学毕业生的规模将达到美国的5到6倍。

另一个令美国同行羡慕的数据是，中国的理工科学生占总人数的50%，而美国仅有17%。换言之，每年中国的理工科毕业生将超过300万人，而美国只有20万人（不包括海外生源）。由于社会时尚、风气的原因，美国的理工科学生数量持续减少，这令不少有识之士忧心忡忡，因为理工科人才队伍的萎缩将削弱美利坚民族的创新能力和国际竞争能力。

我们前面看到的都是中国在数量上的优势。然而，冷静分析，我们在教育质量方面则远远落后。麦肯锡公司的一项调查结果显示，达到国际公认聘用标准的工程师比例，中国是10%，而美国是80%。考虑到中国高校连续扩招造成的生源质量进一步下降和美国高校吸引海外优秀生源的能力，实际上美国每年“生产”的合格和优秀工程技术人员数量仍然高于中国。

教育部高等教育司《中国工程教育发展的新思路》一文指出了中国工程教育存在的一些问题，包括教育与工业界的脱节、学生实践能力和创新能力的不足、师资队伍工程能力的薄弱等。用美国国家仪器（NI）中国院校市场经理徐赟的话来说，就是理论与实际应用的脱节、缺乏动手实践能力、缺乏系统设计的概念。

问题的之一是教育方式的落后。我们仍然停留在以“教”为中心的模式上，即一个教师对多个学生的广播式说教。美国则是以“学”为中心，典型模式为数名学生组成一个小组，这些小组再形成一个网络，教师的任务不是宣讲，而是在学生中游走，进行指导、建议、提问、解答、评论、启发，在与学生的交互中帮助学生学习。

要实现教育模式的转变，学校和教育部应当发挥主体作用。此外，社会上的其他组织也可以在某种程度上产生影响。商业性公司尤其是跨国公司的高校项目的作用不可低估。

目前，许多国际公司都在中国开设高校项目。虽然公司的性质是盈利性的组织，但许多国际公司都具有相当的社会责任感。另外，高校项目也有助于这些公司培养未来用户，所以高校项目是他们长期市场推广的重要组成部分。不论其目的如何，公司在高校中的活动往往起到积极作用，帮助我们的教学方式向国际水平靠拢。7月19日，NI公司举办了第七届高校教师交流会（ProfessorDay 2011），他们引入了美国的一些创新的教学理念和方法，并推出一些创新的教学设备，对改善我们的工程教育很有裨益。

我国的工程类学生的学习生活基本包括课堂教学、实验室实验和毕业设计三大部分。常规的实验室教育存在很大弊端。正如哥伦比亚大学Yannis Tsividis教授指出的那样，完全固化的实验室教学方式压抑了学生的创造性，不利于学习；学生很可能盲目地按照指示行事，当他们离开实验室时其实并没理解多少东西。实验室试验最适合前文提到的网络式互动教学。NI公司为此推出了一款教学实验室虚拟仪器套件，简称ELVIS（猫王？），非常适合实践性学习。



NI ELVIS集成LabVIEW与Multisim软件，包含12种集成仪器，课件丰富，适合多种学科，如测试测量、信号分析与处理、电子电路、控制理论、嵌入式、电子通信、机电一体化、生物医学和物理等。关于ELVIS的详细情况请参阅http://www.ni.com/nielvis/zhs/。

在教师交流会主题演讲中，NI工程师指出，要培养高素质的工程人才，课堂教学、实验室实验和毕业设计这三部分是不够的。课后动手作业、科创项目、各类竞赛是必要的补充。正如斯坦福大学Mark Horowitz博士所说，如今的学生更熟悉抽象、虚拟的世界，反而对直观的真实世界十分陌生；我们需要的是一个强化工程实践的平台。为此，NI公司推出了一个全新的学生创新动手实践平台MyDAQ，帮助学生随时随地实践工程创新。



MyDAQ包含即插即用的8种基于LabVIEW的仪器（数字万用表、示波器、函数发生器、波特图仪、动态信号采集仪、任意信号发生器、数字输入、数字输出）。它采用了德州仪器（TI）提供的模拟电路芯片，包括数据转换器、放大器、各种接口和电源管理器件。NI MyDAQ硬件与LabVIEW软件结合，让学生能够与真实的模拟电路、传感器测量及实际信号处理进行实践性交互。关于MyDAQ的详细信息，请参阅http://www.eechina.com/thread-71488-1-1.html。

相对于ELVIS教学平台，笔者认为MyDAQ更值得推广。有了它，学生可以不用通过学校而灵活地进行各种实践活动。学生们无需跑到实验室使用设备，便可在家里、在宿舍、在公园、甚至在任何地方与自己的笔记本电脑连接，与他们身边真实工程对象进行亲密接触。不过，徐赟介绍说，目前它的成本还比较高，在中国仍然是通过学校来推广，而不像在美国那样针对学生个人。我们期望NI公司将来能够通过各种方法降低MyDAQ生产成本，让更多的中国学生获得亲自动手的机会。

改变固有的以“教”为主的学习模式，帮忙我们的学生以“学”为主，加强实际应用能力，依托新科技、突破性产品带来的便捷进一步提升我们工程教学的质量。相信工程教育的未来会越来越好。